Etude de la fiabilité porteurs chauds et des performances des ...

tel-00117263, version 2 - 29 Jan 2007
b ) Régime de saturation
Chapitre I
Lorsque la tension de Drain augmente, la zone de charge de charge d’espace (ZCE) s’étend
et réduit la charge d’inversion à la pointe du Drain. Le transistor rentre en mode de saturation
lorsque VDS est suffisamment grand pour que Qinv(x = Leff) soit quasiment nulle . Ceci se
produit pour VD égal à VDsat. On a alors :
Qn = −Cox
�
VGS − VDsat − VT − 2φF − γ � �
VDsat − VBS + 2φF ≈ 0 (I.66)
Cette équation quadratique en VDSsat se résout en :
VDsat = VGS + Vfb − 2φF + γ2
2
�
1 −
�
1 + 4
γ2 (VGS
�
− Vfb − VBS)
(I.67)
L’expression (I.67) de VDSsat, bien qu’exacte, ne permet pas d’établir une expression pratique à
utiliser pour la détermination du courant de Drain . Il existe une autre approche pour déterminer
la tension de Drain de saturation. Il suffit de considérer que pour VDS > VDSsat le courant de
Drain ne varie pratiquement plus (cas idéal) ce qui revient à résoudre :
Avec (I.63), on arrive ainsi à :
�
�
�
Gd = ∂IDS
� ∂VDS VDSsat VDsat = VGS − VT
α
Ceci permet de retrouver l’expression de IDSsat couramment utilisée :
IDSsat = WG
LG
(VGS − VT )
µnCox
2
2α
= 0 (I.68)
(I.69)
(I.70)
Les figures I.10, I.11, I.12 et I.13 montrent les caractéristiques IDS(VGS) et IDS(VDS) calcu-
lées (avec (I.63) et (I.70)) et mesurées, pour un transistor à canal long (WG/LG = 10/10µm)
et un transistor à canal court (WG/LG = 10/0.13µm). On peut y observer une divergence entre
le modèle et la mesure lorsque les tensions de Grille et de Drain augmentent. Sur les petites
géométries, l’écart s’accentue, ce qui met en évidence la nécessité d’affiner les équations en
incluant les effets liés à la diminution des dimensions des transistors MOSFET. Dans la section
suivante, nous allons présenter ces effets, en partant de leurs origines physiques, pour arriver à
une quantification mathématique permettant d’inclure leurs impacts sur le comportement élec-
trique des dispositifs. Nous allons en particulier décrire la réduction de la mobilité des porteurs
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